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相对于湿式采油树,干式采油树既可以钻井也可用于完井生产,其维修和管理也更为便捷,经济效益更高。目前,采用干式采油树的浮式平台主要有 TLP和 Spar,但这两种平台分别会受水深和可变载荷的限制。半潜式平台则没有这些限制,但干式采油树系统主要应用顶部张紧式立管(TTR),目前TTR立管的总冲程限制在10m以内。因此,干式采油树对平台和TTR相对运动要求较高,特别是垂荡运动。 本研究主要内容包括:⑴对缩尺比为1:70的干树式半潜平台模型进行水池试验。首先,在静水中进行横摇和纵摇自由衰减试验,得到平台在无系泊状态下的固有周期和阻尼系数等关键参数。随后,在白噪声不规则波条件下,对干树式半潜平台模型进行幅频响应函数(RAO)试验,测得不同浪向角时平台的六自由度RAO。⑵应用水动力软件AQWA建立干树式半潜平台的无系泊数值模型,以试验获得的阻尼系数为依据,计算不同浪向角时平台的六自由度RAO和固有周期,将计算结果与试验结果对比,验证数值模型的正确性。⑶对干树式半潜平台模型进行不规则波运动响应试验,试验采用水平系泊方式,环境条件的模拟仅考虑波浪,包括一年一遇工作海况和百年一遇极限海况,试验分别得到不同环境条件作用下135°和180°浪向角平台的横摇、纵摇和垂荡运动响应。⑷采用AQWA软件对试验时的水平系泊进行数值模拟,计算在不规则波作用下135°和180°浪向角时平台的运动响应。针对平台的横摇、纵摇和垂荡运动,将数值计算统计结果和试验值进行对比分析,验证数值计算时阻尼系数选取的正确性。随后,对干树式半潜平台进行系泊条件下数值计算,校核不同工况时平台的运动响应是否满足设计要求。⑸对干树式半潜平台在拖曳水池中进行涡激运动试验。模型由恒定航速的航车拖行,使模型获得稳定的流场。试验测量和记录了干式半潜平台的横向和顺流向运动,并画出平台在180°浪向角不同来流速度下的平面运动轨迹,分析漩涡脱落对平台运动的影响。